Proyek Gemini adalah program luar angkasa berawak kedua Amerika. Tujuan utamanya adalah untuk mengembangkan teknik dan peralatan yang dibutuhkan untuk pendaratan di bulan selanjutnya, selama program Apollo. Kapsul yang digunakan untuk Proyek Gemini dapat menampung dua astronot, tinggal di orbit hingga dua minggu, melakukan penerbangan luar angkasa, dan berlabuh dengan pesawat ruang angkasa lainnya. Proyek Gemini akhirnya mencakup sebelas misi berawak, yang menguji hal-hal seperti daya tahan, docking, dan manuver di luar angkasa.
Pesawat ruang angkasa Project Gemini diluncurkan dengan roket Titan II, sebuah rudal balistik antarbenua yang dikonversi. Titan II menggunakan bahan bakar hipergolik, hidrazin, dan nitrogen tetroksida, yang menyala saat kontak. Kapsul Project Gemini sendiri jauh lebih kecil daripada kapsul Apollo, dan hanya dapat menampung dua astronot dalam kondisi yang sangat sempit. Ukuran pesawat ruang angkasa dibatasi oleh massa yang dapat diluncurkan ke orbit, serta kebutuhan untuk masuk kembali ke dalam kapsul dengan aman.
Kapsul Project Gemini adalah yang pertama menyertakan modul yang dapat dilepas; itu berisi modul layanan untuk bahan bakar, daya, dan pendukung kehidupan, modul masuk kembali untuk memperlambat kapsul dan kembali ke Bumi, dan modul perintah untuk para astronot. Kapsul Gemini dapat menggunakan roket untuk mengontrol pergerakannya di sekitar Bumi, dan sering bermanuver ke orbit yang telah direncanakan sebelumnya untuk bertemu dengan kendaraan lain. Awalnya, baterai digunakan untuk tenaga, tetapi sel bahan bakar hidrogen-oksigen ditambahkan dalam misi selanjutnya, sel bahan bakar pertama yang diterbangkan pada pesawat ruang angkasa berawak.
Kemudian misi Proyek Gemini mendemonstrasikan protokol untuk berlabuh di orbit, dan menggunakan roket Agena yang berlabuh untuk mendorong ke orbit yang lebih tinggi. Aktivitas ekstra-kendaraan (EVA), umumnya dikenal sebagai “berjalan di luar angkasa,” pertama kali digunakan pada Proyek Gemini untuk bekerja di bagian luar pesawat ruang angkasa. Astronot Proyek Gemini akhirnya tinggal hingga dua minggu di luar angkasa, memverifikasi bahwa tubuh manusia dan peralatan pesawat ruang angkasa dapat bertahan selama perjalanan panjang ke Bulan. Setelah proyek Apollo selesai, versi yang lebih besar dari pesawat ruang angkasa Gemini diusulkan untuk mengangkut persediaan dan orang-orang ke luar angkasa, tetapi rencana itu kemudian dibatalkan.